المحرك الخطي هو نظام هيكلي ذاتي الدعم قادر على تحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية. تُولّد هذه الحركة بواسطة محرك كهربائي، وينقل الحركة (أو القوة) على طول محور. وبهذا، يختلف عمل المحركات الخطية عن عمل المحركات الكهربائية التقليدية التي تعمل بحركة دائرية.

يُعد فهم ماهية المحرك الخطي أمرًا بالغ الأهمية لفهم تطبيقاته المتنوعة. يُساعد المحرك الخطي بشكل كبير في إنتاج حركات مثل الدفع والسحب والرفع والخفض وإمالة الأحمال.

نظراً لتنوع المهام التي تؤديها، تتوفر أنواع عديدة من المحركات الخطية. وكما هو متوقع، لا تخدم جميع المحركات الخطية نفس الغرض تماماً. لفهم ماهية المحرك الخطي ووظائفه بشكل أفضل، دعونا نستعرض بعض التطبيقات الشائعة لهذه الأجهزة.

ما هو استخدام المحرك الخطي؟

ليست جميع أنواع المحركات الخطية متماثلة، لكنها جميعًا تُولّد حركة خطية مماثلة بقوة. فمن جهة، تُحرّك المحركات الخطية الأجسام أو الأشياء في خط مستقيم. ولكن الأهم من ذلك، أنها تُنجز هذه الحركة بدقة وسرعة فائقتين.

يحوّل نظام القيادة الخطية الحركة الدورانية إلى حركة خطية، مما يُحقق مستوىً عالياً من الكفاءة في مهام محددة وفي الإنتاج بشكل عام. مع ذلك، من المهم ملاحظة أن أنواعاً مختلفة من المحركات الخطية ضمن نظام القيادة الخطية قد تكون أكثر ملاءمةً لاحتياجات معينة من غيرها.

يعتمد الاختيار الأمثل على عملياتك المحددة والمواد التي تحتاج إلى نقلها. يُعد فهم تفاصيل متطلبات نظام القيادة الخطية أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المشغل الأنسب لتطبيقك.

يتمثل الاستخدام الأكثر شيوعًا للمحركات الخطية الدقيقة في دمجها مع أنظمة الروبوتات الكارتيزية متعددة المحاور. كما يشيع استخدامها كمكونات أساسية في الآلات.

القطاعات الرئيسية:

تستفيد العديد من الصناعات من المحركات الخطية الكهربائية، سواءً كانت عملياتك صغيرة أو كبيرة، فمهما كان نوع عملك، ستجد محركًا خطيًا مثاليًا يناسب احتياجاتك.

لذا، فإن القائمة أدناه ليست بأي حال من الأحوال قائمة شاملة للقطاعات، بل هي مجرد بعض الأمثلة الأكثر شيوعًا. ومن الواضح لماذا تستفيد هذه القطاعات من الحركة الخطية المُتحكم بها والدقيقة.

1. الأتمتة الصناعية
2. أنظمة المؤازرة وأنظمة الالتقاط والوضع في عمليات الإنتاج
3. التجميع
4. التعبئة والتغليف والتخزين على منصات نقالة

 

في الواقع، فكر فقط في تطبيقات مثل

1. آلات القطع بالليزر أو البلازما
2. تحميل وتفريغ القطع المصنعة
3. تغذية مراكز التشغيل الآلي في خط الإنتاج
4. أو تحريك روبوت صناعي بشري الشكل على طول محور خارجي إضافي لتوسيع نطاق عمله

تستخدم جميع هذه التطبيقات محركًا خطيًا واحدًا أو أكثر. ويعتمد نوع المحرك الخطي المستخدم على عوامل مختلفة، مثل: الدقة، وقدرة التحميل، والسرعة. وبشكل عام، فإن نوع نقل الحركة هو العامل الحاسم في تحديد الفرق.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية لنقل الحركة:حزام / ترس وجريدة مسننة / برغي.

كيف يمكنك ضمان اختيار المحرك المناسب؟ ما هي المتغيرات التي يجب على المصمم الصناعي الذي يتناول تطبيقًا جديدًا مراعاتها؟

عند الحديث عن حلول الحركة الخطية، من المهم النظر إلى المسألة من المنظور الصحيح، أي التطبيق المطلوب. وهذا هو المعيار الأساسي عند تحديد نوع المحرك الخطي المناسب.

عند اختيار مشغل خطي دقيق، من الضروري تحديد توقعاتك بوضوح فيما يتعلق بالنتائج والأداء. سيساعدك هذا التحليل المفصل على تصميم مشغل خطي دقيق يلبي متطلباتك بدقة.

من خلال دراسة هذه العوامل بدقة، ستكون مجهزًا بشكل أفضل لتحديد ليس فقط نوع المحرك الخطي الدقيق الذي تحتاجه ولكن أيضًا المواصفات المحددة التي ستضمن الأداء الأمثل في تطبيقك.

تضمن عملية الاختيار الدقيقة هذه أن يلبي المحرك الخطي الدقيق الذي اخترته احتياجاتك الفريدة بأعلى مستوى من الدقة والموثوقية.

لذا، يجدر بنا البدء بدراسة الديناميكيات وطول الشوط والدقة المطلوبة. دعونا نتناول هذه الجوانب بالتفصيل.

ديناميكية عالية

في العديد من مجالات التصميم الصناعي، غالباً ما تتضمن متطلبات المصمم السرعة، وتشمل عادةً تقليل أوقات دورة الإنتاج. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك صناعة التغليف. فكلما كان التغليف أكثر دقة وسرعة، زادت سرعة خروج الطرود من المصنع.

ليس من المستغرب إذن أن تكون الديناميكيات العالية هي نقطة البداية الشائعة عند تحديد الحل.

غالباً ما تكون محركات الحزام هي الحل الأمثل عندما يتعلق الأمر بالديناميكيات العالية، وذلك بالنظر إلى ما يلي:

1. تسمح هذه التقنية بتسارع يصل إلى 50 م/ث² وسرعات تصل إلى 5 م/ث في أشواط يصل طولها إلى 10-12 مترًا
2. بوابة XYZ ذات محاور تعمل بالسيور قادرة على التعامل مع أحمال تتراوح من صغيرة للغاية إلى حوالي 200 كجم
3. وفقًا لنوع التشحيم، يمكن لهذه الأنظمة أن توفر فترات صيانة طويلة بشكل خاص، مما يضمن استمرارية الإنتاج.

في بعض الأحيان، تتطلب التطبيقات ديناميكية عالية في أشواط تتجاوز 10-12 مترًا. في هذه الحالات، تُعدّ المحركات الخطية المزودة بنظام التروس المسننة حلاً مثاليًا. فهي تسمح بتسارع يصل إلى 10 م/ث² وسرعات تصل إلى 3.5 م/ث، وذلك في أشواط قد تكون غير محدودة.

تُطبّق نماذج المحركات ذات التروس المسننة مفهوم العجلة والمحور. وبشكلٍ أدق، تقوم عجلة دوارة بتحريك كابل أو سلسلة أو حزام لإنتاج حركة خطية.

إن اختيار نوع مختلف من المحركات لا يضمن النتائج نفسها. فنظام البرغي، على سبيل المثال، والذي يتميز بدقة أعلى بكثير بلا شك، سيكون بطيئًا للغاية. ومع هذا النوع من المحركات، لن تتمكن من التعامل مع هذه الأشواط الطويلة.

على الرغم من أن المحرك اللولبي أداة شائعة للغاية، حيث يتم تدوير البرغي لدفعه للأمام، إلا أن سرعته محدودة حسب الظروف.

ضربات طويلة

تتميز الأنظمة التي تُصنع بواسطة المحركات الخطية في التكوينات النموذجية ثلاثية المحاور (XYZ) للروبوتات الكارتيزية بأشواط طويلة. وهذا شائع في تطبيقات مثل مراكز التصنيع التي تعتمد على أنظمة الالتقاط والوضع والتغذية. وبسبب هذه الخطوط الإنتاجية الطويلة، قد يصل طول الأشواط إلى عشرات الأمتار.

بالإضافة إلى ذلك، في كثير من الحالات، تُكلَّف هذه الأشواط الطويلة - التي تشمل عادةً المحور Y - بحمل أحمال ثقيلة للغاية. في بعض الأحيان، قد يصل وزن الأحمال إلى مئات الكيلوغرامات. علاوة على ذلك، تعمل العديد من المحاور الرأسية Z بشكل مستقل على هذه الأشواط الطويلة.

في هذا النوع من التطبيقات، يُعدّ المحرك المزود بنظام تروس مسننة الخيار الأمثل لمحور Y. ويعود ذلك إلى عدة عوامل، منها:

1. بفضل صلابة نظام الترس والجريدة المسننة، يمكنها العمل على مدى أشواط غير محدودة. وفي الوقت نفسه، يمكنها العمل مع الحفاظ على صلابتها ودقتها وكفاءتها.
2. داخل المحرك، تحتوي المشغلات ذات الرفوف الفولاذية المقواة بالحث على أسنان مائلة. تنزلق هذه الأسنان على طول قضبان محامل كروية دوارة أو قضبان موشورية.
3. إن خيار تركيب عربات متعددة، كل منها بمحركها الخاص، يسمح بوجود العديد من محاور Z الرأسية المستقلة.

يُعد نظام الحزام مثاليًا للأشواط التي تصل إلى 10-12 مترًا. ومع ذلك، فإن مشغلات لولب الكرة محدودة (في حالة الأشواط الطويلة) بسبب سرعتها الحرجة.

دقة تحديد المواقع

من ناحية أخرى، هناك أوقات يسعى فيها المصمم إلى تحقيق أقصى قدر من الدقة. قد يكون هذا هو الحال في تطبيقات مثل تجميع المكونات الدقيقة أو بعض التطبيقات الطبية. في هذه الحالات، لا يوجد سوى خيار واحد واضح: المحاور الخطية المزودة بمحركات لولبية كروية.

تُقدّم المحركات الخطية التي تعمل بالبراغي أفضل أداء من هذه الناحية، ويعود ذلك بشكل أساسي إلى دقة تحديد المواقع العالية التي تصل إلى ±5 ميكرومتر. ولا يُمكن للمحركات التي تعمل بالحزام أو بالبراغي أن تُضاهي هذا الأداء، حيث تصل دقة تحديد المواقع القصوى لكلا النوعين إلى ±0.05 مليمتر.